Aluminium ist ein wichtiger industrieller Rohstoff. Aufgrund seiner relativ geringen Härte und seines hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten verformt es sich jedoch leicht bei der Bearbeitung zu dünnwandigen und dünnen Blechteilen. Neben der Verbesserung der Werkzeugleistung und dem vorbeugenden Abbau von Materialspannungen gibt es verschiedene Maßnahmen, die die Verformung des Materials so weit wie möglich reduzieren können.
1. Symmetrische Bearbeitung
Bei Aluminiumteilen mit großem Bearbeitungszuschlag ist es wichtig, eine übermäßige Wärmekonzentration zu vermeiden, um eine bessere Wärmeableitung zu gewährleisten und thermische Verformungen zu reduzieren. Eine Methode, die dies erreichen kann, ist die symmetrische Bearbeitung.
Stellen Sie sich beispielsweise vor, eine 90 mm dicke Aluminiumplatte soll auf 60 mm Dicke gefräst werden. Wird die gefräste Seite sofort gewendet, entsteht aufgrund der Bearbeitung beider Seiten ein großer Bearbeitungsspielraum. Dies führt zu Wärmekonzentrationen, und die Ebenheit der Platte erreicht lediglich 5 mm.
Wird jedoch die symmetrische Bearbeitungsmethode beider Seiten wiederholt angewendet, kann jede Oberfläche mindestens zweimal bearbeitet werden, bis die endgültige Größe erreicht ist, was gut für die Wärmeableitung ist, und die Ebenheit kann auf 0.3 mm kontrolliert werden.
2. Schichtweises Mehrfachbearbeiten
Bei Aluminiumlegierungsplatten mit mehreren Aussparungen kann es aufgrund ungleichmäßiger Krafteinwirkung leicht zu einem Verziehen der Aussparungswände kommen. Die beste Lösung hierfür ist ein mehrstufiges Bearbeitungsverfahren, bei dem alle Aussparungen gleichzeitig bearbeitet werden.
Anstatt das Bauteil in einem Arbeitsgang fertigzustellen, kann es in mehrere Schichten unterteilt und Schicht für Schicht auf die gewünschte Größe bearbeitet werden. Dadurch wird die auf die Bauteile wirkende Kraft gleichmäßiger verteilt und die Wahrscheinlichkeit von Verformungen verringert.
3. Wählen Sie einen geeigneten Schnittparameter.
Durch die Wahl geeigneter Schnittparameter lassen sich Schnittkräfte und die daraus resultierende Wärmeentwicklung reduzieren. Sind die Schnittparameter bei der mechanischen Bearbeitung zu hoch, führt dies zu übermäßigen Schnittkräften, die leicht zu Verformungen der Werkstücke führen und die Spindelsteifigkeit sowie die Werkzeugstandzeit beeinträchtigen können.
Von allen Faktoren der Schnittparameter hat die Rückschnitttiefe den größten Einfluss auf die Schnittkraft. Zwar trägt die Reduzierung der Werkzeuganzahl dazu bei, Verformungen der Werkstücke zu vermeiden, jedoch sinkt dadurch gleichzeitig die Bearbeitungseffizienz.
Das Hochgeschwindigkeitsfräsen Die numerische Steuerung der Bearbeitung kann dieses Problem lösen. Durch Verringerung der Rückschnitttiefe, Erhöhung des Vorschubs und Verbesserung der Maschinengeschwindigkeit kann die Schnittkraft reduziert und die Bearbeitungseffizienz gewährleistet werden.
4. Optimierung der Schneidleistung
Die Material- und Geometrieparameter von Schneidwerkzeugen haben einen wesentlichen Einfluss auf die Schnittkraft und die Schnittwärme. Die richtige Auswahl der Schneidwerkzeuge und -parameter ist daher sehr wichtig, um den Bearbeitungsverzug von Werkstücken zu minimieren.
Geometrische Parameter eines Werkzeugs, die die Leistung beeinflussen können:
Frontwinkel
TDer Schneidwinkel muss korrekt eingestellt sein, um die Stabilität des Sägeblatts zu erhalten, da die Schneide sonst verschleißt. Durch die korrekte Einstellung des Schneidwinkels lassen sich außerdem Verformungen beim Schneiden reduzieren, ein gleichmäßiger Spanabtransport gewährleisten sowie Schnittkraft und Schnitttemperatur senken. Werkzeuge mit negativem Schneidwinkel dürfen nicht verwendet werden.
Rückwinkel
Die Größe des hinteren Winkels beeinflusst direkt sowohl den Flankenverschleiß als auch die Oberflächenqualität. Die Schnitttiefe ist ein wichtiger Parameter bei der Konfiguration des hinteren Winkels. Beim Schruppen erfordern der hohe Vorschub, die hohe Schnittkraft und die starke Wärmeentwicklung eine ausreichende Wärmeableitung. Der hintere Winkel sollte daher kleiner sein. Beim Präzisionsfräsen hingegen sind scharfe Schneiden erforderlich, um die Reibung zwischen Flanke und Werkstückoberfläche zu reduzieren und elastische Verformungen zu minimieren. In diesen Fällen sollte der hintere Winkel größer sein.
Helixwinkel
Um den Fräsvorgang zu stabilisieren und die Fräskraft zu reduzieren, sollte der Spiralwinkel so groß wie möglich sein.
Hauptablenkwinkel
Durch eine geeignete Reduzierung des Hauptablenkwinkels kann die Wärmeableitung verbessert und die durchschnittliche Temperatur des Bearbeitungsbereichs gesenkt werden.
den physikalischen Zustand der Schneidwerkzeuge verbessern
Durch die Reduzierung der Zähnezahl des Fräsers lässt sich die Kapazität erhöhen, was insbesondere bei der Bearbeitung von Aluminiumlegierungen von Vorteil ist. Aufgrund der Eigenschaften von Aluminiumlegierungen ist die Verformung beim Schneiden größer, weshalb ein größeres Spanvolumen erforderlich ist.
Der Radius des Tankbodens sollte größer und die Anzahl der Fräserzähne geringer sein. Beispielsweise werden bei Fräsern unter 20 mm zwei Fräserzähne und bei Fräsern zwischen 30 und 60 mm drei Fräserzähne verwendet, um Verformungen dünnwandiger Aluminiumlegierungsteile durch Spänestau zu vermeiden.
Präzisionsgeschliffene Schneidezähne
Die Rauheit der Schneidkante der Schneidzähne sollte unter Ra = 0.4 µm liegen. Vor dem Einsatz der neuen Messer sollten die Vorder- und Hinterkanten der Zähne mit feinen Ölsteinen leicht angeschliffen werden, um Grate und leichte Zickzackmuster zu entfernen. Dadurch werden nicht nur die Schnittwärme reduziert, sondern auch die Verformung beim Schneiden minimiert.
Strenge Kontrolle des Werkzeugverschleißes
Bei Werkzeugverschleiß erhöht sich die Oberflächenrauheit des Werkstücks, die Schnitttemperatur steigt und die Werkstückverformung nimmt zu. Daher sollte neben der Auswahl verschleißfester Werkzeugmaterialien der Werkzeugverschleißstandard 0.2 mm nicht überschreiten, da sonst Aufbauschneiden entstehen können. Beim Zerspanen darf die Werkstücktemperatur 100 °C nicht überschreiten, um Verformungen zu vermeiden.
5. Verschiedene Ansätze
Schruppen und Schlichten erfordern unterschiedliche Vorgehensweisen. Beim Schruppen wird das überschüssige Material auf der Werkstückoberfläche in kürzester Zeit und mit höchster Schnittgeschwindigkeit abgetragen, um die für das Schlichten benötigte geometrische Kontur zu erzeugen. Hierbei stehen die Bearbeitungseffizienz und die Abtragsrate im Vordergrund.
Die Feinbearbeitung erfordert hingegen eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität. Besonderes Augenmerk sollte auf die Fräsqualität gelegt werden. Mit abnehmender Schnitttiefe der Fräserzähne von maximal bis null wird die Bearbeitungshärtung deutlich reduziert und die Verformung der Werkstücke kann bis zu einem gewissen Grad minimiert werden.
6. Zweimaliges Verdichten dünnwandiger Teile
Bei der Bearbeitung dünnwandiger Aluminiumlegierungsteile kann die Spannkraft zu Verformungen führen. Um diese Verformungen zu minimieren, sollten die gepressten Teile vor Erreichen der Endmaße entspannt werden. Dadurch kann der Druck nachlassen und die Teile können ihre ursprüngliche Form wiedererlangen, bevor erneut Druck ausgeübt wird.
Der zweite Anpresspunkt sollte idealerweise auf der Auflagefläche liegen, und die Spannkraft sollte in Richtung der größten Steifigkeit wirken. Bei korrekter Ausführung hält die Spannkraft das Werkstück sicher fest. Diese Methode erfordert einen erfahrenen Bediener, minimiert aber die Verformung der bearbeiteten Teile.
7. Bohren und Fräsen
Die Bearbeitung von Teilen mit Aussparungen birgt eigene Probleme. Wird der Fräser direkt auf das Werkstück aufgesetzt, entstehen aufgrund des unzureichenden Späneabfuhrraums unsaubere Schnitte. Dies führt zu einer starken Wärmeentwicklung, Ausdehnung und Verformung des Werkstücks und im schlimmsten Fall sogar zum Bruch des Werkstücks oder des Fräsers.
Die beste Methode, dieses Problem zu lösen, ist das Vorbohren und anschließende Fräsen. Dabei wird zunächst das Loch mit einem Werkzeug vorgebohrt, das mindestens so klein ist wie der Fräser. Anschließend wird der Fräser in das Loch eingesetzt, um mit dem Fräsen zu beginnen.
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